Способ определения водного дефицита у растений

 

Изобретение относится к сельскому и лесному хозяйству и может быть применено для оценки физиологического состояния растений в зависимости от величины почвенных влагозапасов. Целью изобретения является повышение точности определения при наступлении почвенной засухи при одновременном снижении трудозатрат . Предварительно определяют заИзобретение относится к сельскому и лесному хозяйству и может быть применено для оценки физиологического состояния растений в зависимости от величины почвенных влагозапасов. Особенно необходима такая оценка состояния растений в аридных условиях, так как при кратковременном недостатке влаги у них замедляются ростовые процессы, снижаются темпы накопления органического вещества, а при длительном - начинается завядание, которое в конечном итоге ведет к их гибели. пас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемом корневой системой растения (исходя из размера проекции кроны растения по среднему радиусу и глубины залегания в почве основной массы корней растения), количество влаги, испаряющейся из почвы естественным путем, и количество продуктивной влаги, транспирируемой фитомассой растений в течение суток. После этого физиологическое состояние определяют по показателю, вычисляемому по формуле Чф.с 2ВП- ЕВи/2Вт, где Чф.с - показатель физиологического состояния; 2ВП - запас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемом корневой системой растения; 2ВИ - количество влаги, испарившейся из почвы естественным путем; 2ВТ- количество влаги , транспирируемое продуцирующей фитомассой растения в течение суток. Если величина Чф., У растений констатируют наступление критического водного дефицита , при Чф с 1 напряженного, и Чф с 1 - его отсутствие. 1 з.п. ф-лы, 3 ил , 1 табл. ч (Л С Известен способ определения засухоустойчивости древесных растений, включающий определение величины водного потенциала листьев при максимальной относительной скорости потока пасоки в древесине растений, которая служит основанием для установления степени засухоустойчивости растений. Однако при указанном способе у растений нельзя диагностировать водный дефицит , так как, например, у деревьев водный потенциал листьев значительно выше чем древесины. Следовательно, этот показатель х| СО 00 2 и

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s А 01 G 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4828521/13 (22) 22.05.90 (46) 07.06.92. Бюл. № 21 (71) Украинский научно-исследовательский институт лесного хозяйства и агролесомелиорации им, Г,Н.Высоцкого (72) Е.И.Савич, З.М.Воронина и О,И.Левчук (53) 581.11(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 11449966770044, кл. А 01 G 7/00, 1988.

Авторское свидетельство СССР № 1496703, кл. А 01 G 7/00, 1988. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДНОГО

ДЕ Ф И ЦИТА У РАСТЕ Н ИЙ (57) Изобретение относится к сельскому и лесному хозяйству и может быть применено для оценки физиологического состояния растений в зависимости от величины почвенных влагозапасов. Целью изобретения является повышение точности определения при наступлении почвенной засухи при одновременном снижении трудозатрат. Предварительно определяют заИзобретение относится к сельскому и лесному хозяйству и может быть применено для оценки физиологического состояния растений в зависимости от величины почвенных влагозапасов.

Особенно необходима такая оценка состояния растений в аридных условиях, так как при кратковременном недостатке влаги у них замедляются ростовые процессы; снижаются темпы накопления органического вещества, а при длительном — начинается завядание, которое в конечном итоге ведет к их гибели, пас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемом корневой системой растения (исходя из размера проекции кроны растения по среднему радиусу и глубины залегания в почве основной массы корней растения), количество влаги, испаряющейся из почвы естественным путем, и количество продуктивной влаги, транспирируемой фитомассой растений в течение суток. После этого физиологическое состояние определяют по показателю, вычисляемому по формуле

Чф.c= Вп ХВи/ХВт, где Чф.с — показатель физиологического состояния; ZB< — запас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемом корневой системой растения; ZB количество влаги, испарившейся из почвы естественным путем; ZBT — количество влаги, транспирируемое продуцирующей фитомассой растения в течение суток. Если величина Чф.с<1, .у растений констатируют, наступление критического водного дефицита, при Чф.с =1 напряженного, и Чф,, > 1— его отсутствие, 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Известен способ определения засухоустойчивости древесных растений, включающий определение величины водного потенциала листьев при максимальной относительной скорости потока пасоки в древесине растений, которая служит основанием для установления степени засухоустойчивости растений.

Однако при указанном способе у растений нельзя диагностировать водный дефицит, так как, например, у деревьев водный потенциал листьев значительно выше чем древесины. Следовательно, этот показатель

1738152

10

ZBrl — ZBI1

Чф = "ZB не характеризует водообеспеченность растений в целом.

Известен способ диагностики функционального состояния растений, включающий непрерывное измерение транспирации и разности температур между листьями и окружающей средой, оценку по стационарному уровню тепловых потерь функционального состояния р-стений и по динамике изменения тепловых потерь — его адаптацию к изменению условий произрастания.

Недостаток этого способа заключается в том, что физиологическое состояние растений определяется без учета фактической величины по- венных запасов продуктивной влаги, которая, собственно, определяет из жизнедеятельность. Более того, указанный способ основывается на двух процессах (транспирации и температуре окружающей среды), не имеющих между собой прямой функциональной связи. Как известно, между этими процессами существует только корреляционная зависимость, т,е. при одной и той же температуре воздуха величина интенсивности транспирации у растений варьирует в значительных пределах, Поэтому получить достоверные данные о физиологическом состоянии растений с помощью указанного способа весьма проблематичноо.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому способу является известный способ определения критического водного дефицита в древесных растениях, включающий непрерывное или дискретное измерение относительной скорости потока пасоки на протяжении нескольких часов до восхода и после захода

Солнца, расчет численной величины отношения минимального показателя скорости потока пасоки к максимальному, и при величине этого отношения не менее 1 судят от наступлении водного дефицита у растений, Существенный недостаток этого способа заключается в том, что он не учитывает ресурсы почвенн ых влагозапасов. Более того, в основу его положен косвенный показатель, а именно — скорость потока пасоки, которая, как известно, зависит от многих факторов и прежде всего от химического состава самой пасоки, времени года и даже дня, когда выполняются замеры, а также вида изучаемого растения. Поэтому, при кажущейся простоте указанного способа, для получения достоверных данных, необходимо иметь целый ряд дополнительных характеристик, отражающих особенности протекания физиологических процессов в

55 том или другом виде растения. Следовательно, получение вспомогательной информации потребует и, соответственно, дополн ител ьн ых трудозатрат.

Целью изобретения является повышение точности определения физиологического состояния растений при наступлении почвенной засухи при одновременном снижении трудозатрат.

Предварительно определяют запас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемом корневой системой растения, количество влаги, испаряющейся из почвы естественным путем, и количество продуктивной влаги, транспирируемой фитомассой растений в течение суток, а физиологическое состояние определяют по показателю, вычисляемому по формуле где Чф. — показатель физиологического состояния;

ZBll — запас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемом корневой системой растения;

ZB — количество влаги, испарившейся из почвы естественным путем;

ZBT — количество влаги, транспирируемое продуцирующей фитомассой растений в течение суток, При этом при определении запаса продуктивной влаги в слое почвы учитывают размеры проекции кроны растения по среднему радиусу и глубине залегания в почве основной массы корней растений.

Если величина физиологического показателя оказывается меньше 1, у растений констатируют наступление критического водного дефицита, когда он равен 1 — напряженного и больше 1 — его отсутствие.

Принципиальное отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что он позволяет оценивать физиологическое состояние растений в зависимости от почвенных влагозапасов, величина которых фактически и определяет жизнеспособность растений при наступлении засушливого периода, Кроме того, предлагаемый способ не только дает объективную характеристику физиологического состояния растений в момент наблюдений, но и позволяет прогнозировать ее изменение в перспективе, с учетом динамики расходов почвенных влагозапасов, На фиг. 1 — 3 изображена последовательность проведения работ при использо1738152 вании предлагаемого способа для констатации водного дефицита у растений.

Определяют размеры радиуса 2 проекции кроны 4 на почву 1 и глубину залегания в ней корней 3 (фиг. 1 — 3). Вычисляют объем слоя почвы 1, в котором размещена корневая система растения (фиг. 1), по формуле

V=KR h, где V — объем слоя почвы;

R — радиус проекции кроны на почву;

h — глубина залегания корней.

Рассчитывают в слое почвы 1 запасы продуктивной влаги, устанавливают величину продуцирующей фитомассы (листьев или хвои) в кроне 4, Определяют расходы продуктивной влаги на транспирацию п,,одуцирующей фитомассой кроны за конкретный временной промежуток, исходя из суточного баланса времени.. Устанавливают количество влаги, испаряющейся из почвы естественным путем одновременно с процессом жизнедеятельности растений.

Рассчитывают величину показателя физиологического состояния по формуле ч ZBn™

Чф.с = где Чф.с — показатель физиологического состояния;

ZB — запас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемой корнЕвой системой растений;

ZB< — количество влаги, испарившейся из почвы естественным путем;

ХВт — количество влаги, транспирируемое продуцирующей фитомассой растений в течение суток.

При величине физиологического показателя меньше 1 — у растений констатируют наступление критического водного дефицита, когда он равен 1 — напряженного, и если больше 1 — его отсутствие.

Оценку физиологического состояния деревьев сосны крымской 22-летнего возраста проводили в зависимости от величины почвенных запасов продуктивной влаги в следующем порядке, Определяли средний радиус проекции кроны дерева и глубину залегания в почве его корневой системы. Эти параметры, соответственно, равны: R=0,95 м; h=0,7 м.

Рассчитывали объем слоя почвы, занимаемый корневой системой растения, по формуле

V=xR h=1,97 м .

Определяли запас продуктивной влаги (в миллиметрах водного слоя) по 10-сантиметровым почвенным слоям (см. таблицу) на всю глубину залегания корней в почве (0,7 м) по формуле бхвхгх10

5 100 где а — общий запас влаги, мм, в слое почвы, для которого делается расчет; б — процент влажности почвы в этом

10 слое; в — объемный вес почвы, г/см;

r — мощность слоя, см;

10 — коэффициент для перевода запасов влаги из сантиметров в миллиметры;

15 100 — коэффициент для перевода процентов влажности в граммы воды.

Вычисленные послойно запасы продуктивной влаги суммировали и пересчитывали из миллиметров в весовые показатели (кг)

20 с помощью переводного коэффициента, равного 1, так как 1 мм водного слоя на 1 га соответствует 10 м или 10000 кг (см. таблиз цу)

В таблице приведены расчетные запасы

25 продуктивной влаги, которые в момент наблюдений в слое почвы объемом 0,7 м (1х1х0,7 м) составляли: весной 1988 r.—

85,75 кг, летом 1986 г. они оказались со знаком минус (-16,52 кг) и осенью того же

30 года — 22,01 кг.

Запас продуктивной влаги в объеме почвы (1,97 мз), в котором размещается корневая система дерева, рассчитывали исходя, из пропорции: если 0,7 м почвы вмещает з

35 85,75 кг воды, то в 1,97 м — Х:

X=241,3 (весна 1988 г.);

Х =46,49 (лето 1986 г.);

Х2=61,94 (осень 1986 г,);

Потерю влаги на испарение принимали

40 в размере 20 от величины влагозапасов, имеющихся в почве в момент наблюдений, и количество ее определяли обычным математическим приемом, т.е, путем нахождения процента от числа. Этот показатель

45 (20 ) определен для условий леса эмпирически.

Остаточные запасы продуктивной влаги (кг) в объеме почвы, занимаемом корневой системой дерева (1,97 м ), определяли путем

50 уменьшения первоначальных запасов на величину расходов ее на испарение: весной = 241,3-48,3=193 летом = -46,49-9,29=55,78 осенью =61,94-12,39=49,55

55 Величину продуцирующей фитомассы кроны дерева находили с помощью модельных ветвей, В итоге вес хвои в воздушно-сухом состоянии у одного 22-летнего дерева сосны крымской составил 5300 г.

1738152

ХВт=И хМх(, Ч = ZB" "-ZB

Ч ., =— Вт

ХВ. -ХВ.

Чф ZBT

Суточный расход влаги (кг) на транспирацию по сезонам года продуцирующей фитомассой одного дерева устанавливали по формуле где Ит — интенсивность транспирации, которую определяли методом быстрого взвешивания по Иванову Л.А. Величина ее по сезонам года составляет в расчете на 1 г сухого вещества хвои: весной 201, летом

157, осенью 179 мг воды в 1 ч;

M — масса хвои дерева в воздушно-сухо состоянии — 5300 г; т — продолжительность транспирационного процесса (часы) в суточным балансе времени по сезонам года определялась эмпирически и составляет: весной 13, летом

14, осенью 11 ч.

Вычисленные данные по суточному расходу влаги на транспирацию по сезонам года приведены в таблице, Величину показателя физиологического состояния рассчитывали по формуле где ZBл — запас продуктивной влаги в

1,97 м почвы, занимаемой корневой системой дерева;

ZB — количество влаги, испарившейся из почвы (20 от запаса продуктивной влаги в 1,97 м почвы); з

ZBT — количество влаги, транспирируемое продуцирующей фитомассой дерева за

1 сут.

Чф. весна 1988 = 13,9

Чф. лето 1986 = -4,6

Чф.с осень 1986 = 4,8.

При величине Чф,с = 13,9 (весна 1988) и

4,8 (осень 1986), т.е. больше 1, констатировали, что в эти периоды у деревьев сосны крымской водного дефицита не наблюдалось; при величине Чф.с меньше 1 (в данном случае -4,6) зафиксировали наступление критического водного дефицита у деревьев сосны крымской, Таким образом, летом 1986 г продуктивная влага в слое почвы 0-70 см практически отсутствовала и существование деревьев, включая процесс транспирации, обеспечивалось исключительно за счет внутренних влагозапасов, которые они накопили до наступления засухи, Поэтому те насаждения, у которых корневая система располагаясь в слое почвы 0-70 см, находились в состоянии

50,"стресса", вызванного критическим водным дефицитом.

В результате, как показало специально проведенное обследование насаждений, зимой и весной 1987 г в Крыму погибло более 1000 ra лесных культур сосны крымской. Приведенные данные подтверждают реальную возможность использования предлагаемого способа для прогноза физиологического состояния растений при наступлении засухи.

Предлагаемый способ гарантирует получение более надежной характеристики физиологического состояния растений при засухе, так как в основе его заложена причинно-следственная связь, отражающая зависимость расходов продуктивной влаги от ее запасов в почве, позволяет прогнозировать физиологическое состояние растений на перспективу в зависимости от природной динамики накопления влагозапасов в почве и их расходов в процессе роста и развития растений. Кроме того, уменьшаются, примерно на 1/3, трудозатраты, связанные с проведением оценки физиологического состояния растений, так как дополнительных данных, кроме величины почвенных влагозапасов, расходов их на транспирацию и испарение, не требуется.

Для применения предлагаемого способа на практике используется обычное оборудование, имеющееся в любой лаборатории, Формула изобретения

1. Способ определения водногодефицита у растений, включающий определение физиологического состояния растений, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения при наступлении почвенной засухи при одновременном снижении трудозатрат, предварительно определяют запас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемой корневой системой растения, количество влаги, испаряющейся из почвы естественным путем, и количество продуктивной влаги, транспортируемой фитомассой растений в течение суток, после чего физиологическое состояние определяют Ilo показателю, вычисляемому по формуле где Чф,с — показатель физиологического состояния;

ZBn — запас продуктивной влаги в слое почвы, занимаемом корневой системой растения;

1738152

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при определении запаса продуктивной влаги в слое почвы учитывают размеры проекции кроны растения по среднему ра5 диусу и глубине залегания в почве основной массы корней растений.

Запасы влаги по сезонам, мм

Влажность почвы по сезонам, Почвенные константы

Величина и о ктивной

Лето Осень об ей

Весна

1988 недоступной во почвенного слоя

1986

1988

1986

1996

Влажность эавядания, Объемный вес, г/см

1988 ве сна осень весна лето осень лето всех сезонах

6,3

13,1

10,6

9,3

10,7

8,2

9,1

9,1

12,3

14,7

15,9

14,7

14,7

14,7

28,16

28,65

28Я4

25,72

23,89

28,21

27,4

190,57

8,74

8,68

11,50

12,66

12,6

12,6

12,6

22,9

23,3

21,3

19,2

17.7

20.9

20,3

1,23

1,гз

1,34

1,З4

1,35

1,35

1,35

0 — 10

10 — 20

20 — 30

Зо-40

40 — 50

50 — 60

60 — 70

Итого влагозапасов, мм

Запасы продуктивной влаги, кг в расчетном объеме почвы 1,97 м

Расходы влаги, 20%, на естественное испарение, кг

Остаточные запасы продуктивной влаги, кг

Суточный расход влаги, к г продуцирую ией фитомассой

Величина соотношения запасов и расходов

Соразмерность величины соотношения в сравнении с единицей

55

ZB — количество продуктивной влаги, испаряющейся из почвы естественным путем;

ZBT — количество продуктивной влаги, транспирируемое продуцирующей фитомассой растений в течение суток.

7,75

16,1 1

14,2

12,46

14,44

11,07

12,28

88,31

11,19

15,13

19,7

21,30

19,84

19,84

19,84

126,84

10,76

10,68

15,41

19.96

17,01

17,01

17.01

104,82

17,4 .17,98

13,13

8,76

6.88

1 1,2

10,39

85,75

85,75 г41,3

48,3

193

13,85

13,9

-3,0

5,43

-1,21

-4,5

-2.57

-5,94

-4,73

-16,52

-16,52

-46.49

-9.29

-55,78

12,1

-4,6

0,44

4,45

4,29

4,34

2,83

2,83

2,83

22,01

22,01

61,94

12,39

49,55

10,4

4,8

1738152

35

45

Составитель

Техред М.Моргентал

Корректор О. Кундрик

Редактор Н. Тупица

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ4ИЗ. Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5